地址转换过程的模拟实现课程设计报告汇总

1、淮阴工学院操作系统课程设计报告选题名称：地址转换过程的模拟实现系（院）:经济管理学院专业:信息管理与信息系统班级:姓名:学号：姓名:学号：姓名:学号：姓名:学号：指导教师：学年学期：学年第学期年月日设计任务书课题名称地址转换过程的模拟实现设计目的1 .理解地址转换相关理论。2 .熟悉地址转换的过程。3 .掌握常用地址转换算法的实现过程。实验环境1 .硬件：PC机，奔腾IV以上CPU,512MB以上内存，80G以上硬盘。2 .软件：Windows2000/XP、MicrosoftVisualC+6.0。任务要求1 .搜集地址转换过程的模拟实现可能涉及到的知识和相关资料。2 .应用MicrosoftVisualC+6.0集成开发环境，设计并实现一个地址转换模拟程序。3 .确保地址转换模拟程序能正确运行。4 .参加答辩，撰写课程设计报告。工作进度计划在舁厅P起止日期工作内容12013.12.14课题任务下达，查阅文献资料22013.12.52013.12.17课题总体设计、素材搜集与处理32013.12.182013.12.20课题详细设计、调试、完善设计42013.12.21答辩，撰写报告

2、指导教师（签章）：年月日摘要：本课程设计主要针对地址转换相关理论进行设计，程序能模拟出操作系统常用的地址转换算法，包括可变分区存储管理的地址转换、分页存储管理的地址转换、分段存储管理的地址转换和段页式存储管理的地址转换。具体来说，把整个内存分成大小相等内存块，内存块从0开始依次编号。把用户程序分成若干段，每段有个段名。页面的大小和内存块相同，每段的各个页面都分别从0开始依次编号。虚拟空间的最小单位是页而不是段，内存就被分为若干个页，且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放，分段大小也不再受内存可用区的限制。程序模拟实现了四种地址转换方式，从中观察各种方法的优缺点及应用特点。段页式存储管理系统，用分段的方法来分配和管理虚拟存储器，而用分页的方法来分配和管理主存。既有段式系统便于实现段的共享，段的保护，动态链接和段的动态增长等一系列优点，又能像页式系统那样，很好地解决内存的外碎片问题。关键词：地址转换，虚拟地址，物理地址，偏移，越界1 需求分析11.1 可变分区存储管理的地址转换11.2 分页存储管理的地址转换41.3 分段存储管理的地址转换51.4 段页式存储管理的地址转换62 概要

3、设计152.1 可变分区存储管理的地址转换的概要设计152.2 分页存储管理的地址转换的概要设计192.3 分段存储管理的地址转换的概要设计202.4 段页式存储管理的地址转换的概要设计243 详细设计263.1 可变分区存储管理的地址转换的详细设计263.2 分页存储管理的地址转换的详细设计313.3 分段存储管理的地址转换的详细设计363.4 段页式存储管理的地址转换的详细设计384 调试与操作说明434.1 可变分区存储管理的地址转换的操作说明434.2 分页存储管理的地址转换的操作说明434.3 分段存储管理的地址转换的操作说明444.4 段页式存储管理的地址转换的操作说明45总结46致谢47参考文献48附录491需求分析本课程设计题目：地址转换过程的模拟实现。课程设计任务及要求：（ 1）搜集地址转换过程的模拟实现可能涉及到的知识和相关资料。（ 2）应用MicrosoftVisualC+6.0集成开发环境，设计并实现一个地址转换模拟程序。（ 3）确保地址转换模拟程序能正确运行。（ 4）参加答辩，撰写课程设计报告。运行环境：WindowsXP系统Pentium（R）Dual-co

4、reCPU3.20GHz1.96G内存200G硬盘。开发工具：本实验使用VC+6.0平台，使用基本的控制台应用程序，单文档结构，主要数据结构是结构体间的关系。打开VC+6.0建立一个新的C+源文件，根据数据结构编写代码。1.1 可变分区存储管理的地址转换一、任务要求该程序要对每一个虚地址计算其代表的有效地址所对应的物理地址，并进行越界判断，打印出每个虚地址的物理地址。能够输入进程名称和内存需求量，按页式存储管理方式把进程分成若干页，分配到内存中的若干个块中，同时生成并显示相应的页表。输入一个逻辑地址能够转换并输出相应的物理地址。二、基本思想可变分区的基本原理是：可变分区是指在作业装入是，依据它对内存空间实际的需求量来划分内存的分区，因此，每个分区的尺寸与进入他的作业大小相同。它能有效解决固定分区的内存碎片问题，是一种较为常用的存储管理方法。因为在系统运行过程中，内存中分区的数目和大小都是可变的，所以这种可变式分区也称为动态分区8。三、存储器的基本性能参数评价存储器性能的参数主要有三个方面：容量、速度与价格。存储器容量用S=WAl将表示，W为存储器字长，l为存储器字数，m则为存储器体数。

5、评价存储器的速度一般有以下几个参数：访问时间（accesstimeTa：从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔。存储周期Tm：连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般TmTa。存储带宽Bm：存储器被连续访问时所提供的数据传输速流，单位是位（或字节）/秒。存储器的价格通常用单位字节价格来表示。若总容量为S的存储器的总价格为C，则单位字节价格c=C/So四、存储器层次结构的基本原理程序设计人员总是希望存储器的速度尽可能的高，以与处理器的速度相匹配；存储器的容量尽可能的大，以装下可能极大的程序；因此，高速度、大容量、低价格始终是存储体系的设计目标。一方面，经过几十年的发展，存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来。尽管如此，存储技术的发展证明单一工艺的单一存储器很难同时满足容量、价格、速度三方面的性能要求。事实上，对容量与速度、速度与价格、容量与价格的性能要求是相互有矛盾的。而且，存储器速度的改进始终跟不上CPU速度的提高。另一方面，所有程序都具有这样的行为特性：程序倾向于再次使用最近刚用过的数据和指令。这样的局部性反映

6、在空间和时间两个方面。空间局部性（spatiallocality）：如果某个数据或指令被引用，那么地址邻近的数据或指令不久很可能也将被引用。时间局部性（temporallocality）：如果某个数据或指令被引用，那么不久它可能还将再次被引用。为了满足对存储器的性能要求，随着存储技术的不断发展，根据程序本身这种局部性的行为特性以及小硬件速度更快的设计原则，基于不同容量和速度的多种存储器所构成的存储器层次结构很自然地就产生了。一个存储器层次结构由多级不同类型的存储器构成；越靠近CPU的存储器容量越小、速度越快、价格越高，离CPU越远的存储器容量越大、速度越慢、价格越低；第i级存储器存储的信息是第i-1级存储信息的子集（根据时间局部性），相邻两级存储器之间以块为单位进行信息交换（根据空间局部性）；各级存储器借助辅助软硬件构成一个整体，使得该存储体系具有接近于第n级存储器速度、接近于第1级存储器容量和单位字节价格的性能。存储器层次结构是由多级存储器构成的，但管理是以两级存储器为单位来进行的，而且一般只有在相邻两级存储器之间可以进行信息交换。下面以两级存储器层次结构(简称存储层次)为例介绍存储

7、器层次结构的一些基本概念。块(Block)：相邻两级存储器之间信息交换的最小单位。块大小一般是固定的，也可以是可变的。若块大小固定，则两级存储器的容量为块大小的整数倍。命中率(HitRate)H：CPU产生的有效地址可以直接在高层存储器中访问到的概率。失效率(MissRate)M：CPU产生的有效地址直接在高层存储器中访问不到的概率。M=1-H。命中时间(HitTime)：访问高层存储器所需的时间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间。失效损失(MissPenalty)：用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问的设备(通常是CPU)的时间。它又可细分为访问时间和传送时问(transfertime)两部分。其中前者指访问高层存储器失效时，在低层存储器中访问到块中第一个字的时间，又称访问延迟(accesslatency)。后者则是传送块内其它字的附加时间。访问时间与低层存储器的延迟有关，而传送时间则依赖于两级存储器之间的传输带宽和块大小。五、存储器层次结构的性能由于存储器层次结构的设计目标之一是使其速度接近于高层存储器的速度，因此容易根据命中率的高低来评价存储

8、器层次结构性能的好坏。由于命中率或失效率与硬件速度无关，因而这样的评价是很片面的。更好的评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间(averagememory-accesstime,其定义如下：平均存储访问时间=命中时间+失效率x失效损失应该注意的是尽管用平均存储访问时间评价存储器层次结构的速度性能比简单的用命中率来评价要好，平均存储访问时间仍然是性能的一种间接测度，它无法完全替代执行时间这个最准确的性能参数。处理器的性能是计算机设计的最终依据，所以在选择降低平均存储访问时间的策略时应考虑对CPU性能的影响，保证设计方案不仅能降低平均存储访问时间，还能有益于改进CPU的性能，如同时提高CPI(CyclesPerInstruction，简称为指令的平均周期数)。下面讨论一下存储器层次结构设计对CPU设计的影响。在不支持存储器层次结构的系统中，由于所有的存储访问都需要相同的时间，所以处理器的设计相对简单。而在存储器层次结构中对高层存储器的访问存在失效问题，这意味着CPU必须能够处理可变的存储访问时间。当失效损失较小，只有几十个时钟周期时，CPU通常采用等待块传输结束的策略。而当失效损失

9、很大，达到CPU时钟的几千倍时，仍让CPU空闲着等待传输结束就太浪费了。一般采用中断使CPU切换到其它进程去执行的办法。但用这种方法来避免失效损失带来的额外开销意味着任何存储访问都可能导致CPU中断。这样CPU还必须能够恢复引起这种中断的存储地址，使系统在失效处理时知道要传送哪一块。当存储传送结束时，恢复原来被中断的进程，重新执行引起访问失效的那条指令。处理器还必须设有一些机制以确定所需信息是否在存储器层次结构的最高层存储器中。在每次存储访问时都要作这种判定检查，因而会影响命中时间。为了保证达到可接受的性能，这种检测机制通常用硬件实现。要实现存储器层次结构，处理机还必须有在相邻两级存储器之间传送信息块的机制。如果块传送只需几十个时钟周期，那么这种传送机制一般用硬件来控制；如果需要几千个时钟周期，则可以用软件方法实现。1.2 分页存储管理的地址转换一、任务要求这个程序要把给出的虚拟地址找到相对应的物理地址，打印出相应的页号，内存块号及相应的物理地址。二、意义能够理解分页存储的思想，了解页表的结构。掌握逻辑地址与逻辑的转换。了解内存的分配及回收。当创建一个进程之后，根据这个进程的大小，会给这个进程分配内存，可能时连续的内存，页可能时不连续的。首先会将进程分成若干的页，每页对应的内存中的一个无力块。页的大小等于物理块的大小，这样就形成了页和内存块对应的页表。进程执行的会先访问页表。三、基本思想在存储器

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